Li2FeSiO正极材料的合成与电化学性能的研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:leilei247472145
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Li2FeSiO4由于具有成本低廉、环境友好等优点,被认为是有发展潜力的锂离子电池正极材料。但Li2FeSiO4低的电子导电性和离子导电性影响了其在高倍率下的电化学性能。本论文致力于同时提高Li2FeSiO4的电子导电性和离子导电性,从而获得具有较好倍率性能的Li2FeSiO4材料。采用XRD和SEM表征制备材料的结构和表面形貌、BET测试制备材料的比表面积、元素分析测试制备材料中碳或碳纳米管(CNTs)含量、恒电流充放电技术检测制备材料的充放电容量、交流阻抗(AC)技术研究电化学过程中的阻抗。具体工作和结果如下:   1、以碳酸锂、草酸亚铁、纳米二氧化硅为原料,采用固相法制备Li2FeSiO4正极材料,研究了球磨参数对Li2FeSiO4材料电化学性能的影响。结果表明,球磨速度、球料比、球径配比、溶剂种类、固液比、球磨时间影响到制备Li2FeSiO4正极材料的粒径大小,进而影响其电化学性能。   2、研发了一种以高软化点煤沥青为碳源制备Li2FeSiO4/C复合物的工艺。含芳香结构的沥青在热处理过程中碳化得到的碳的石墨化程度较高,导电性较好,改善了Li2FeSiO4的电子导电性。Li2FeSiO4/C复合物中的碳含量为13.3%时,表现出较好的电化学性能,在0.2 C、0.5 C、1 C、2 C下的放电容量分别为139 mAhg-1、127 mAh g-1、118 mAh g-1、103 mAh g-1;1 C下循环100周后容量保留率为94.2%。   3、研发了一种制备Li2FeSiO4/C/CNTs复合物的新工艺。CNTs在复合材料中可以起“桥梁”作用,能够有效的把孤立的Li2FeSiO4/C颗粒连接起来,形成高效的导电网络,进一步提高了Li2FeSiO4的电子导电性。Li2FeSiO4/C/CNTs复合物中C与CNTs的质量比为2:1时,表现出较好的电化学性能,在0.2 C、5 C、10 C下的放电容量分别为142 mAh g-1、95mAh g-1、80mAh g-1;1C下循环100周后容量保留率为95.1%。   4、研发了一种制备Li2-xFeSiO4/C(x=0,0.01,0.05,0.1)复合物的新工艺。锂空位的存在,造成晶格缺陷,有利于锂离子的迁移;同时,晶格缺陷的过程能够阻碍Li2FeSiO4颗粒在高温过程中的烧结、抑制了Li2FeSiO4颗粒的长大,有利于小颗粒的Li2FeSiO4的形成,增大了与电解液的接触面积、缩短了Li+的迁移路径,提高了锂离子的导电性。Li2-xFeSiO4/C复合材料中x=0.05时,具有较好的电化学性能,在0.2 C、5 C下的放电容量分别为142 mAh g-1、93 mAh g-1;1C下经历100次的循环后,其放电容量保留为95.1%。   5、研发了一种制备Li1.95FeSiO4/C/CNTs复合正极材料的新方法。结果表明,Li1.95FeSiO4/C/CNTs复合物表现出很好的倍率性能和循环性能。主要原因有:(1)含芳香结构的沥青在热处理过程中碳化得到石墨化程度较高的碳,改善了Li2FeSiO4的电子导电性。(2)CNTs在该复合材料中可以起“桥梁”作用,能够有效的把孤立的Li1.95FeSiO4/C颗粒连接起来,形成高效的导电网络,进一步提高了Li2FeSiO4的电子导电性。(3)锂空位的存在,造成晶格缺陷,提高了锂离子的导电性。制备的复合材料在0.2 C、5 C下的放电容量分别为148 mAh g-1、104 mAhg-1;1C下经历100次的循环后,其放电容量保留为99.2%。
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